Rhizo-sweet : glycomolécules de la rhizosphère et défense des plantes

Rhizo-sweet : glycomolecules of the rhizosphere and plant defense

• Auteur / Autrice : Thi Ngoc Hanh Nguyen
• Direction : Annette Morvan-Bertrand, Maïté Vicré-Gibouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires
• Date : Soutenance le 26/04/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecophysiologie végétale, agronomie et nutritions NCS (Caen ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Azeddine Driouich
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annette Morvan-Bertrand, Maïté Vicré-Gibouin, Barbara De Coninck, Fabienne Guillon, Wafa Achouak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Barbara De Coninck, Fabienne Guillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colza

Salicylique, Acide

Mucilages

Anticorps monoclonaux

Fructosanes

Mots clés libres

Cellules bordantes

Root Extracellular Trap

Ray-grass anglais

Arabinogalactanes,

Fructanes exohydrolases

Mutants FEH knock-out

Pseudomonas brassicacearum

Fructans

Monoclonal

Antibodies

Border cells

Root Extracellular Trap

Perennial ryegrass

Arabinogalactan-proteins

Fructan exohydrolases

Salicylic acid

Oilseed rape

Arabidopsis

FEH knock-out mutants

Résumé

’immunité et la protection racinaire restent encore peu étudiées par comparaison avec le système aérien des plantes. Ce travail de thèse porte sur l'évaluation du rôle des glycomolécules dans la défense racinaire avec un accent particulier sur les fructanes, et les enzymes les métabolisant. Le ray-grass anglais (Lolium perenne), une Poacée d'intérêt régional pour son rôle de plante fourragère prairiale, est choisie comme modèle d’étude de plantes accumulant des fructanes. De plus, deux espèces végétales appartenant à la famille des Brassicacées et ne produisant pas de fructanes ont été sélectionnées : la plante modèle Arabidopsis thaliana et une espèce d'intérêt agronomique majeur, le colza (Brassica napus). Les fructanes sont des polymères solubles de résidus fructosyles liés en β-(2,1) et/ou en β-(2,6) présents chez certaines espèces végétales et dans les exopolysaccharides de bactéries bénéfiques ou pathogènes. Chez les plantes, les fructanes constituent une réserve glucidique et agissent également dans la protection contre les stress abiotiques et biotiques selon le concept de la « Sweet-Immunity ». Pour approfondir la compréhension de leurs mécanismes d'action, leur localisation précise au niveau tissulaire et cellulaire dans diverses conditions environnementales doit être élucidée. Pour cette étude, deux nouveaux anticorps monoclonaux (mAbs) appelés BTM15A6 et BTM9H2 dirigés contre les fructanes portant des liaisons β-(2,1) et/ou β-(2,6) ont été produits. Leur caractérisation a été réalisée par des tests d’immuno-dot blot sur une large gamme de glucides incluant de nombreux polysaccharides. Des approches d’imagerie cellulaire ont révélé la présence de ces épitopes chez trois espèces de plantes à fructanes. La présence des épitopes associés aux fructanes a également été détectée dans le système racinaire de L. perenne. Le Root Extracellular Trap (RET) constitué de cellules frontières et de mucilage joue un rôle important dans la défense de la racine. Chez L. perenne, nous avons mis en évidence que le RET était particulièrement enrichi en épitopes associés aux arabinogalactane-protéines (AGPs). La quantité de mucilage contenant des AGPs est augmentée en réponse à un traitement avec la flagelline 22, un éliciteur bactérien, et au PEG, qui induit un stress hydrique. Nous émettons l’hypothèse que les AGPs jouent un rôle essentiel dans la protection racinaire chez L. perenne. Bien que les épitopes associés aux fructanes n'aient pas été détectés dans le mucilage, leur présence dans les cellules de coiffe suggère qu’ils pourraient être impliqués dans la protection contre les stress biotiques et/ou abiotiques. En outre, nous avons évalué la régulation de l’expression des fructanes exohydrolases (FEHs) présentes chez les deux espèces végétales A. thaliana et B. napus qui n'accumulent pas de fructanes. L'acide salicylique augmente le niveau des transcrits des deux FEHs (6-FEH et 6&1-FEH) chez les deux espèces suggérant leur implication dans la réponse immunitaire. De plus, des résultats préliminaires obtenus avec les mutants knock-out correspondant à ces gènes chez Arabidopsis indiquent un rôle des FEHs dans les interactions avec la bactérie bénéfique productrice de fructanes Pseudomonas brassicacearum.

To date, root immunity remains poorly investigated as compared to the aerial part. In this thesis, we aimed to evaluate the role of glycomolecules in root defense with a particular interest on fructans and fructan metabolizing enzymes. Lolium perenne (perennial ryegrass), a Poaceae of regional interest due to its role as a grassland forage plant was chosen as fructan accumulating plant. Two non-fructan Brassicaceae were also selected: the plant model Arabidopsis thaliana and oilseed rape (Brassica napus) for its agronomical interest. Fructans are water-soluble fructose polymers containing β-(2,1) and/or β-(2,6) linked fructose residues found in some plant species and in exopolysaccharides produced by some beneficial or pathogenic bacteria. In plants, fructans constitute a carbohydrate reserve and act in the protection against abiotic and biotic stresses according to the theory of the « sweet immunity ». To unravel the mechanisms of action of fructans, their precise localization at tissue and cellular level in various environmental conditions need to be clarified. One of the major task of our study is the production of two novel monoclonal antibodies (mAbs) named BTM15A6 and BTM9H2 towards plant fructans with β-(2,1) and/or β-(2,6) linkages. In depth characterization of their specificity was performed by immune-dot blot assays using a wide range of carbohydrates including polysaccharides. Immunolocalization of fructans by cell imaging confirmed that the recognized epitopes were detected in three fructan plant species but not in the non-fructan plant Arabidopsis. Interestingly the presence of fructan epitopes was also detected in the root system of perennial ryegrass. The root extracellular trap (RET) is known to be an important actor of root protection. By investigating the RET composition of L. perenne, we found that both mucilage and cell wall surface of border cells were particularly enriched in arabinogalactan-proteins (AGPs) epitopes. The amount of the AGP-containing mucilage was increased in response to treatment with the bacterial elicitor flagellin 22 and the water-stress inducer PEG. This suggests that AGPs play an essential role in root protection in L. perenne. Although fructan epitopes were not detected within the mucilage, their presence in the root cap cells suggests that they might also be involved in biotic and/or abiotic stress protection. In addition, we evaluated the regulation of fructan exohydrolases (FEHs) found in non-fructan-accumulating plant species including A. thaliana and B. napus in response to root treatment with defense-related phytohormones. Salicylic acid increased the transcript level of the two FEHs (6-FEH and 6&1-FEH) in both species. These data support a role of these FEHs in root immunity. Furthermore, preliminary results obtained with Arabidopsis FEH knockout mutants suggest a role of these enzymes in root interaction with the beneficial bacteria Pseudomonas brassicacearum.